CN109492472A - 超声波指纹识别模组及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声波指纹识别模组及电子设备，超声波指纹识别模组包括超声波传感器及驱动芯片。所述超声波传感器的顶面朝向接触对象，且所述超声波传感器能够发射超声波，并能够检测反射的超声波。所述驱动芯片用于控制所述超声波传感器。所述超声波指纹识别模组还包括存储器，且所述存储器与所述驱动芯片电连接。所述存储器存有不同温度对应的控制信息。所述驱动芯片用于获取所述超声波指纹识别模组所处环境的实时温度，并从所述存储器中获取与所述实时温度对应的控制信息，以根据获取的所述控制信息控制所述超声波传感器。上述超声波指纹识别模组能够根据实时的温度情况来相适应控制超声波传感器的工作状态，可以提高指纹识别的精确性。
Description
技术领域
本发明涉及指纹识别技术领域，特别是涉及一种超声波指纹识别模组及电子设备。
背景技术
超声波指纹识别技术是利用超声波具有穿透材料的能力，且随材料的不同产生大小不同的回波(即超声波到达不同材质表面时，被反射回的超声波能量及历经的路程不同)而进行指纹识别的。因此，利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异，就可以区分指纹嵴与峪所在的位置。超声波指纹识别技术可以对指纹进行更深入的分析采样，甚至能渗透到皮肤表面之下识别出指纹独特的三维特征。而且，由于超声波具有一定穿透性，因此在手指有少量污垢或潮湿的情况下仍能工作，可以穿透玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石等设备进行识别。因此，超声波指纹识别技术越来越受到人们的重视。
然而，超声波指纹识别技术处于初期发展阶段，且超声波指纹识别模组的性能直接影响指纹识别的精确性，因此如何优化超声波指纹识别模组的性能是亟待解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对如何优化超声波指纹识别模组的性能的问题，提供一种超声波指纹识别模组及电子设备。
一种超声波指纹识别模组，包括超声波传感器及驱动芯片；所述超声波传感器的顶面朝向接触对象，且所述超声波传感器能够发射超声波，并能够检测反射的超声波；所述驱动芯片用于控制所述超声波传感器；所述超声波指纹识别模组还包括存储器，且所述存储器与所述驱动芯片电连接；
所述存储器存有不同温度对应的控制信息；所述驱动芯片用于获取所述超声波指纹识别模组所处环境的实时温度，并从所述存储器中获取与所述实时温度对应的控制信息，以根据获取的所述控制信息控制所述超声波传感器。上述超声波指纹识别模组能够根据实时的温度情况来相适应控制超声波传感器的工作状态，可以提高指纹识别的精确性。
在其中一个实施例中，所述超声波传感器包括薄膜晶体管像素阵列层、压电层及电极层；所述压电层及所述电极层依次覆盖于所述薄膜晶体管像素阵列层上。
在其中一个实施例中，所述控制信息为与所述压电层相应的一个或一个以上控制参数值。如此，控制参数值不同，所述压电层的工作状态则不同，以便找到最佳工作状态使得压电层发射超声波的效率最高。
在其中一个实施例中，所述超声波指纹识别模组还包括温度传感器；所述温度传感器与所述驱动芯片电连接。由于温度传感器设置于超声波指纹识别模组内，因此可以快速、准确地测量超声波指纹识别模组所处环境的温度。
在其中一个实施例中，所述温度传感器设于所述超声波传感器内。由于在超声波指纹识别模组中，超声波传感器最容易受到温度的影响，因此将温度传感器设于超声波传感器内，能够直接检测超声波传感器周围环境的温度，以便于驱动芯片获取更加精确的控制信息。
在其中一个实施例中，所述温度传感器位于所述压电层下方；所述压电层的上方朝向所述接触对象。将温度传感器设于压电层下方，可以避免影响超声波的传导效果。
在其中一个实施例中，所述超声波指纹识别模组还包括电路板；所述驱动芯片及所述存储器均安装于所述电路板上。
在其中一个实施例中，所述超声波指纹识别模组还包括盖板；所述盖板覆盖于所述超声波传感器的顶面。盖板起保护作用，从而可以提高超声波指纹识别模组的可靠性。
在其中一个实施例中，所述超声波指纹识别模组还包括用于进行声阻匹配的匹配层；所述匹配层位于所述盖板与所述超声波传感器之间。匹配层除了具有声阻匹配的效果，还可以填充断差，从而提高超声波传输的有效性。
一种电子设备，其特征在于，包括所述超声波指纹识别模组。
上述超声波指纹识别模组及电子设备中，存储器内存有不同温度对应的控制信息，驱动芯片用于获取超声波指纹识别模组所处环境的实时温度，并从存储器中获取与实时温度对应的控制信息，以根据获取的控制信息控制超声波传感器。因此，上述超声波指纹识别模组能够根据实时的温度情况来相适应控制超声波传感器的工作状态，可以提高指纹识别的精确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为一实施方式提供的超声波指纹识别模组的结构示意图；
图2为图1所示实施方式的超声波指纹识别模组的其中一个实施例的结构示意图；
图3为图1所示实施方式的超声波指纹识别模组中与温度相关的电路框图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一实施方式提供了一种超声波指纹识别模组，该超声波指纹识别模组能够利用超声波扫描用户的指纹，并对指纹进行识别，可以安装于电子设备内。本实施方式中，请参考图1、图3，超声波指纹识别模组包括超声波传感器110及驱动芯片120。驱动芯片120与超声波传感器110电连接(图中未示出此连接关系)。
其中，超声波传感器110的顶面朝向接触对象(接触对象例如为用户的手指)，且超声波传感器110能够发射超声波，并能够检测反射的超声波。具体地，超声波传感器110将反射的超声波转换为电信号，并将电信号发送至驱动芯片120。
驱动芯片120用于控制超声波传感器110。驱动芯片120例如为ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)芯片。具体地，驱动芯片120控制超声波传感器110的方式为：驱动芯片120向超声波传感器110提供控制信号(例如向超声波传感器110发送高频电信号)，以使得超声波传感器110发射超声波；此外，驱动芯片120还接收来自超声波传感器110将反射的超声波转换得到的电信号，以对指纹进行识别。
本实施方式中，超声波指纹识别模组还包括存储器130。存储器130与驱动芯片120电连接。存储器130例如为Flash Memory(闪存)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read and-Write Memory，电可擦可编程读写存储器)、FRAM(ferromagnetic random access memory，铁电存储器)等。
其中，存储器130内存有不同温度对应的控制信息。不同温度对应的控制信息可以为超声波指纹识别模组在出厂测试时，分别在不同温度的环境下测试后得到的控制信息。控制信息用于供驱动芯片120控制超声波传感器110的工作状态，例如：控制信息不同，会使得超声波传感器110发射的超声波的频率或强度不同。因此，在每一种温度下，驱动芯片120采用与该温度对应的控制信息来控制超声波传感器110，最终得到的指纹识别效果最佳。
驱动芯片120用于获取超声波识别模组所处环境的实时温度，并从存储器130中获取与实时温度对应的控制信息，以根据获取的控制信息控制超声波传感器110。具体地，驱动芯片120可以每隔设定时间段获取超声波指纹识别模组的实时温度。其中，关于设定时间段的取值，在环境温度变化频率较快的情况下可以取低于设定阈值的值(即设定时间段为较小的值)；在环境温度变化频率较慢的情况下，设定时间段可以取为高于设定阈值的值(即设定时间段为较大的值)，如此，既能提高识别温度的准确性，又可以节约功耗。
由于超声波传感器110通常使用压电材料来发射超声波(压电材料例如为PVDF(聚偏氟乙烯)或PVDF聚合物压电材料)，而压电材料对温度有较大的依赖性(例如压电常数随着温度的升高有增大趋势，且压电常数直接影响超声波信号的强度)，因此，在不同的环境温度下，需要对超声波传感器110输入相适应的控制信号，方可使超声波的发射与接收过程达到最佳的效果。本实施方式中，基于存储器130存储的数据，使得驱动芯片120可以根据获取的实时温度，来选择与当前温度相适应的控制信息来控制超声波传感器110，从而可以使得超声波指纹识别模组在各种温度的环境下都可以达到较佳的指纹识别效果，从而提高了该超声波指纹识别模组的性能。
在其中一个实施例中，请参考图2，超声波传感器110包括薄膜晶体管像素阵列层111、压电层112及电极层113。具体地，电极层113和薄膜晶体管像素阵列层111分别与驱动芯片120电连接。其中，压电层112及电极层113依次覆盖于薄膜晶体管像素阵列层111上。需要说明的是，虽然在图2所示的超声波传感器110中自上而下依次为：电极层113、压电层112、薄膜晶体管像素阵列层111，但是超声波传感器110的具体构成方式不限于这一种情况，例如自上而下的顺序还可以为：压电层112、电极层113、薄膜晶体管像素阵列层111。
其中，压电层112由压电材料构成，其可以发射和接收超声波。薄膜晶体管像素阵列层111，包括若干按照阵列方式排列的薄膜晶体管及连接各薄膜晶体管的线路，薄膜晶体管像素阵列层111可以对电信号进行放大处理等操作。电极层113由导电材料构成。导电材料例如为银浆。导电材料为银浆时，银浆的固化温度低于第二阈值。换言之，导电材料选用固化温度较低的银浆，例如选用低温固化银浆(其是以超细片状银粉为导电相的厚膜导体浆料)。由于压电层112不耐高温，因此导电材料选用固化温度较低的银浆，可以减小高温对压电层112造成的影响，从而提高超声波指纹识别模组的可靠性。
进一步地，基于超声波传感器110的上述具体结构，上述控制信息为与压电层112相应的一个或一个以上控制参数值。换言之，控制参数值不同，压电层112的工作状态则不同，以便找到最佳工作状态使得压电层发射超声波的效率最高。其中，控制参数值例如为压电层112的谐振频率。当控制参数值为谐振频率时，驱动芯片120获取到适应于当前温度的谐振频率后，则向电极层113施加频率与获取的谐振频率相同的高频电信号，这时，压电层112发射超声波的效率最高。
可以理解的是，控制参数值还可以为其他类型的参数值，例如为超声波的传播速率，由于超声波的传播速率随温度的升高而增大，温度每增高1℃，超声波在空气中每秒传播的距离约增加0.6m，因此驱动芯片120可以根据获取的传播速率来相适应控制压电层112的工作状态，以与当前环境下超声波的传播速率相匹配。
上述超声波传感器110的工作原理为：驱动芯片120根据当前环境的实时温度从存储器130中获取相适应的控制信息，并根据获取的控制信息向电极层113施加相应的高频电信号。在电极层113被施加了高频电信号后，使得压电层112发射超声波。超声波向上传播直至到达接触对象后反射，此时，压电层112接收反射的超声波，并转换为电信号，该电信号再经薄膜晶体管像素阵列层111经过相应的处理(例如放大)后传送至驱动芯片120，以对指纹进行识别。
在其中一个实施例中，请参考图2、图3，超声波指纹识别模组还包括温度传感器140。温度传感器140与驱动芯片120电连接。
因此，温度传感器140可以实时检测超声波指纹识别模组所处环境的温度，并将检测的实时温度发送至驱动芯片120。驱动芯片120即可根据该实时温度从存储器130中获取相适应的控制信息。由于温度传感器140设置于超声波指纹识别模组内，因此可以快速、准确地测量超声波指纹识别模组所处环境的温度。
具体地，温度传感器140设于超声波传感器110内。由于在超声波指纹识别模组中，超声波传感器110最容易受到温度的影响，因此将温度传感器140设于超声波传感器110内，能够直接检测超声波传感器110周围环境的温度，以便于驱动芯片120获取更加精确的控制信息。
进一步地，在上述超声波传感器110的具体结构中，温度传感器140位于压电层112下方。压电层112的上方朝向接触对象。换言之，温度传感器140没有安装在超声波由压电层112向接触对象传播的路径上。由于压电层112用于发射超声波，因此，将温度传感器140设于压电层112下方，可以避免影响超声波的传导效果。具体地，请参考图2，温度传感器140可以设于薄膜晶体管像素阵列层111上。
可以理解的是，驱动芯片120获取温度的方式不限于上述一种情况，例如：驱动芯片120还可以无线接收由其他设备发送的超声波指纹识别模组的实时温度。
在其中一个实施例中，请继续参考图1、图2，上述超声波指纹识别模组还包括电路板150。驱动芯片120及存储器130均安装于电路板150上。
具体地，超声波传感器110与电路板150可以邦定连接。进一步地，电路板150为柔性电路板。
可以理解的是，上述温度传感器140也可以安装在电路板150上。
在其中一个实施例中，请继续参考图1、图2，上述超声波指纹识别模组还包括盖板160。盖板160覆盖于超声波传感器110的顶面。盖板160的顶面朝向接触对象。
其中，盖板160起保护作用，从而可以提高超声波指纹识别模组的可靠性。盖板160可以为能够被超声波穿透的材料，例如玻璃、塑料或金属(例如铝)。另外，盖板160可以直接为电子设备的壳体，或者盖板160可以镶嵌于电子设备的壳体中，或者盖板160安装于电子设备的壳体下方。
进一步地，请继续参考图1、图2，超声波指纹识别模组还包括匹配层170。匹配层170位于盖板160与超声波传感器110之间。
其中，匹配层170用于进行声阻匹配，减小超声波传感器110的压电层112与接触对象之间的声阻差，从而使得超声波能够有效传输。具体地，匹配层170例如为热压胶膜。并且，匹配层170需保证可以穿透超声波。其中，热压胶膜，是指膜状的热压胶。热压胶，是指施胶后需要热压固化的一类胶材，例如为包括环氧树脂的热压胶。
另外，匹配层170与电路板150可以位于同一层，从而弥补超声波传感器110与电路板150之间存在的阶梯断差。因此，匹配层170除了具有声阻匹配的效果，还可以填充断差，从而提高超声波传输的有效性。
另一实施方式提供了一种电子设备，例如可以是计算机、平板电脑、个人数字助理、手机等。该电子设备包括上述实施方式提供的超声波指纹识别模组。
需要说明的是，本实施方式提供的电子设备中的超声波指纹识别模组与上一实施方式的原理相同，这里就不再赘述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种超声波指纹识别模组，包括超声波传感器及驱动芯片；所述超声波传感器的顶面朝向接触对象，且所述超声波传感器能够发射超声波，并能够检测反射的超声波；所述驱动芯片用于控制所述超声波传感器；其特征在于，所述超声波指纹识别模组还包括存储器，且所述存储器与所述驱动芯片电连接；
所述存储器存有不同温度对应的控制信息；所述驱动芯片用于获取所述超声波指纹识别模组所处环境的实时温度，并从所述存储器中获取与所述实时温度对应的控制信息，以根据获取的所述控制信息控制所述超声波传感器。
2.根据权利要求1所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述超声波传感器包括薄膜晶体管像素阵列层、压电层及电极层；所述压电层及所述电极层依次覆盖于所述薄膜晶体管像素阵列层上。
3.根据权利要求2所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述控制信息为与所述压电层相应的一个或一个以上控制参数值。
4.根据权利要求2所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述超声波指纹识别模组还包括温度传感器；所述温度传感器与所述驱动芯片电连接。
5.根据权利要求4所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述温度传感器设于所述超声波传感器内。
6.根据权利要求5所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述温度传感器位于所述压电层下方；所述压电层的上方朝向所述接触对象。
7.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述超声波指纹识别模组还包括电路板；所述驱动芯片及所述存储器均安装于所述电路板上。
8.根据权利要求7所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述超声波指纹识别模组还包括盖板；所述盖板覆盖于所述超声波传感器的顶面。
9.根据权利要求8所述的超声波指纹识别模组，其特征在于，所述超声波指纹识别模组还包括用于进行声阻匹配的匹配层；所述匹配层位于所述盖板与所述超声波传感器之间。
10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项权利要求所述的超声波指纹识别模组。
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